遥感-岩石力学(Ⅴ)―― 岩石粘滑过程中红外辐射的影响因素分析
岩石热应力及其影响因素的试验研究与数值模拟
岩石热应力及其影响因素的试验研究与数值模拟岩石作为地球深部的主要构成物质，在地壳运动和高温高压环境下承受着巨大的热应力。
研究岩石热应力及其影响因素对理解地壳构造演化、岩石变形与破裂等地球科学问题具有重要意义。
本文将通过试验研究和数值模拟的方法，对岩石热应力及其影响因素进行探讨。
1. 研究方法为了研究岩石热应力及其影响因素，我们采用了实验室试验和数值模拟两种方法相结合的方式。
实验室试验通过设定不同的温度梯度和载荷条件，测量岩石样本的变形和破裂情况，获取岩石在热应力作用下的力学响应。
数值模拟则通过建立适当的数学模型，将岩石的物理性质和实验条件输入计算机，通过模拟计算得到岩石热应力的分布和变化规律。
2. 岩石热应力的影响因素岩石热应力受到多种因素的影响，主要包括温度梯度、载荷条件、岩石物理性质等。
首先，温度梯度是岩石热应力的主要驱动力。
当岩石受到不均匀的温度变化时，会产生热胀冷缩的应力。
其次，载荷条件也会对岩石热应力产生显著影响。
外界施加在岩石上的力或应力会改变岩石的应力状态，从而影响其热应力的分布和大小。
最后，岩石的物理性质也是决定热应力的重要因素。
不同的岩石具有不同的热膨胀系数和热导率，这会直接影响岩石在热应力作用下的变形和破裂行为。
3. 实验研究为了深入了解岩石热应力及其影响因素，我们进行了一系列的实验研究。
首先，我们选择了几种常见的岩石样本，如花岗岩、页岩等，并在实验室中进行了加热实验。
通过在样本上设置不同的温度梯度和载荷条件，我们观察并记录了岩石的应力状态和变形情况。
实验结果显示，温度梯度和载荷条件对岩石热应力的影响显著，较大的温度梯度和载荷会导致岩石的热应力集中和增大。
此外，不同种类的岩石具有不同的热应力响应特征，这与其物理性质和组成有关。
4. 数值模拟为了进一步探究岩石热应力及其影响因素，我们进行了数值模拟。
通过建立岩石的数学模型，输入实验条件和岩石物理性质等参数，我们可以在计算机上模拟得到岩石的热应力分布。
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地质遥感中岩性的识别研究
地质遥感中岩性的识别研究摘要地质遥感的任务是通过遥感影像的解译确定一个地区的岩石性质和地质构造,分析构造运动的状况。
其中岩性的认识是遥感地质解译的基础,本文对地质遥感中岩性的识别进行了研究。
关键词地质遥感;岩石;影像特征在遥感影像上识别岩石的类型必须首先了解不同岩石的反射光谱差别。
以及所引起的影像色调的差异。
同时,由于岩石的形成,在内外应力的共同作用下,组合成不同形状,这也是识别岩石类型的重要标志。
此外,不同岩性上往往形成不同的植被、水系,这也可作为间接的解译标志。
1岩石的反射光谱特征岩石的反射光谱特征与岩石本身的矿物成分和颜色密切相关。
由石英等浅色矿物为主组成的岩石具有较高的光谱反射率,在可见光遥感影像上表现为浅色调。
铁镁质等深色矿物组成的岩石,总体反射率较低,在影像上表现为深色调。
酸性岩类的花岗岩,由于主要含石英、钾长石等浅色矿物,总体反射率较高。
属于基性岩类的玄武岩和橄榄玄武岩由于含有大量的铁镁质暗色矿物,在岩浆岩中反射率最低。
总之,岩浆岩中,随着SiO,的含量的减少和暗色矿物含量的增高,岩石的颜色由浅变深,光谱反射率也随之降低。
其次,岩石光谱反射率受组成岩石的矿物颗粒大小和表面糙度的影响。
矿物颗粒较细,表面比较平滑的岩石,具有较高的反射率。
反之,光谱反射率较低。
岩石表面湿度对反射率也有影响。
一般来说,岩石表面较湿时,颜色变深,反射率降低。
岩石表面风化程度的影响,主要决定于风化物的成分、颗粒大小等因素。
风化物颗粒细时,使覆盖的岩石表面较平滑,若风化物颜色较浅(如SiO2、CaCO3、CaMgO3等),则反射率较高。
如果风化物颗粒粗,使表面粗糙,则会降低反射率。
红砂岩干燥情况下反射率总体高于潮湿时。
由于风化物为CaMgo3,干燥时色调比较浅,反射率高于岩石的新鲜面。
在通常情况下,完整的岩石表面比破碎的岩石表面反射率要高些。
了解这一综合特征,对于岩性的解译是很有用的。
2沉积岩的影像特征及其识别沉积岩本身没有特殊的反射光谱特征,因此单凭光谱特征及其表现,在遥感影像上是较难将它与岩浆岩、变质岩区分开来的,还必须结合其空间特征及出露条件,如所形成的地貌、水系特点等将其与其他岩类区分开来。
岩石变形破裂红外与微波辐射变化特征对比研究_徐忠印
收稿日期：2014－12－16基金项目：国家自然科学基金资助项目（41440032，41074127）．作者简介：徐忠印（1967－），男，黑龙江双城人，东北大学讲师，博士；刘善军（1965－），男，河北涿鹿人，东北大学教授，博士生导师；吴立新（1966－），男，江西宜春人，东北大学教授，博士生导师．第36卷第12期2015年12月东北大学学报（自然科学版）Journal of Northeastern University （Natural Science ）Vo l．36，No．12Dec．2015doi ：10．3969/j．issn．1005－3026．2015．12．015岩石变形破裂红外与微波辐射变化特征对比研究徐忠印，刘善军，吴立新（东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳110819）摘要：利用实验的方法对岩石单轴压缩过程中红外辐射、微波辐射、应变进行了联合测试．实验结果表明，红外与微波辐射的变化特征随应力的阶段性发展，二者呈现不同的阶段性变化规律与破裂前兆特征．红外辐射呈现初始阶段变化很小、弹性阶段缓慢增加、塑性阶段快速增加以及临破裂前回落的变化特征；而微波辐射呈现初始阶段微降、弹性阶段上升、塑性阶段下降以及临破裂前上升的变化特征．红外与微波在岩石破裂前均出现早期和晚期前兆，但前兆规律不同，异常变化形式正好相反．两种手段结合可以更好地监测岩石的应力与灾变现象．关键词：遥感－岩石力学；微波辐射；红外辐射；应力；灾变中图分类号：P 315.8文献标志码：A文章编号：1005－3026（2015）12－1738－05Comparative Study on the Variation Features of Infrared and Microwave Ｒadiation in Deformation and Fracture Process of ＲockXU Zhong-yin ，LIU Shan-jun ，WU Li-xin（School of Ｒesources ＆Civil Engineering ，Northeastern University ，Shenyang 110819，China．Corresponding author ：XU Zhong-yin ，E-mail ：xuzhongyin@mail．neu．edu．cn ）Abstract ：Multivariate information including infrared radiation ，microwave radiation and strain were measured in uniaxial compressive experiments of rock．The result showed that infrared radiation and microwave radiation existed different staged variation features at various loading stages．The infrared radiation showed fluctuation in the initial loading stage ，steady increase in elastic stage ，rapid increase in the plastic stage and decrease in the fracture stage．The microwave radiation showed small decrease in the initial loading stage ，steady increase in the elastic stage ，decrease in the plastic stage and increase in the fracture stage．Two kinds of radiation information appeared different abnormal precursors of rock fracture ，and the variation forms of precursors were just opposite．The combination of two detection technologies is favorable for detection of stress and disaster of rock．Key words ：remote sensing rock mechanics ；microwave radiation ；infrared radiation ；stress ；disaster20世纪中后期以来，为探索地震中的发光现象，学者们进行了岩石变形和破裂过程电磁辐射现象的研究［1－4］，发现了20Hz 7MHz 的电磁辐射以及光辐射，并提出了压电效应、逃逸电子轰击效应等多种机理假说．20世纪90年代初，一些学者为揭示地震前的热红外异常现象，开展了岩石加载过程红外辐射变化规律的实验研究，发现岩石在不同的应力阶段对应不同的红外辐射变化特征，破裂前存在红外辐射异常前兆现象［5］．又提出了建立“遥感－岩石力学”的构想，即利用遥感手段来研究和解决岩石力学领域问题：在大范围，可通过卫星、飞机搭载的遥感仪器对地面进行遥感观测，以探测地壳应力场活动和预报地震；在小范围，可在地面或地下对矿山岩体进行遥感观测来测定岩体的应力状态，评估岩体的稳定性和预测岩爆的发生［5－6］．2000年以来，吴立新等研究发现，岩石在破裂前存在平均红外辐射温度（AIＲT）与热像类型的异常前兆［7－8］．对岩石在变形及破裂过程中的热力耦合效应提出了热弹效应和摩擦热效应两种机理，分别用于解释岩石在弹性阶段和塑性阶段的热力耦合效应［9］．Freund等对花岗岩及斜长岩的加压红外观测实验中发现，远离加载端的无压区表面红外辐射强度也发生了变化，认为岩石变形或微破裂时产生孔穴正电荷（简称“P－Hole”），这些孔穴正电荷随着应力的作用传递到岩石表面，重新结合释放能量，产生电磁辐射［10］．上述研究为岩石应力与灾变的热红外遥感监测奠定了实验与理论基础．然而，由于热红外遥感易受天气的影响，当天空有云雾时地面热辐射不能穿过云而被卫星探测器观测到．而微波能够穿透云雾，同时还能透过一定深度的土壤和岩石，可以进行全天候观测，在遥感监测上有独特的优势．为此，一些学者开展了岩石加载过程微波辐射变化实验研究，发现岩石的微波辐射能量随岩石应力状态变化而显著变化，大多岩石在破裂前出现微波辐射急剧增加或急剧下降的异常前兆［11］．2006年，Maki等［12］研究发现岩石（石英岩、辉长岩、花岗岩和玄武岩）单轴压缩破裂时产生了300MHz，2GHz，22GHz的微波信号脉冲．并应用Aqua卫星AMSＲ－E传感器的地震探测系统对汶川地震和智利地震的微波遥感信息进行分析，发现汶川地震后1天和智利地震前后在震中附近出现微波辐射异常现象［13－14］．以往的遥感－岩石力学研究多是对岩石加载过程中红外辐射或微波辐射变化特征进行单方面研究，缺乏红外与微波联合观测实验研究，对于岩石在加载过程中的红外与微波辐射的变化特征缺乏对比性分析．由于岩石变形破裂过程引发多种物理量（应力、温度、形变、声发射（AE）、电磁辐射、红外辐射）的变化，这些物理量并非孤立，而是相互关联的．通过多种信息的关联与融合，能够解决单一信息源无法识别或难以准确识别岩石灾变前兆的问题．基于此，本文利用微波辐射计、红外热像仪并辅助应变测试仪等对岩石加载过程红外与微波辐射进行了联合观测实验研究，试图揭示岩石变形破裂过程红外与微波辐射之间的对应关系，为基于红外与微波遥感手段进行岩石应力与灾变监测分析提供实验基础．1实验设计1.1实验设备①红外热像仪：德国ImageIＲ3350红外热像仪，其探测波段为3.7 5μm，热灵敏度优于0.025ħ，锑化铟（InSb）焦平面制冷型探测器，图像分辨率320ˑ240像素，成像速率最高可达170Hz/s，测温范围－40 700ħ．②微波辐射计：频率为37.5GHz的微波辐射计．其温度分辨率为0.01ħ，定标精度0.5 1.5ħ．③应变仪：用于测定岩石表面的纵向与横向应变，采样率为1次/3s．④岩石加载试验机：YGA－3000液压饲服单轴加载试验机，最大载荷为3MN．1.2实验样品使用花岗岩作为岩石试样，其矿物成分主要由斜长石、钾长石、石英、黑云母组成，粒径在1 3mm．将其加工成直径为5cm，高为10cm的圆柱型标准试样，两端打磨，不平行度小于0.05mm．1.3实验方法实验时将红外热像仪放置在岩样的正前方2m的位置，用于探测岩石加载过程热红外辐射的变化特征；将微波辐射计放置在岩样右侧距其3cm的位置，用于接收岩石表面的微波信号；在岩石试样的中部粘贴T字型电阻应变片，用于测定岩石表面的纵向与横向应变，采样率为1次/3s．实验采用等位移速率加载方式，其加载速率为0.3mm/min．实验前将各种设备的时钟调整为一致，并同时开始和结束实验数据采集．实验的试样及部分测试探头安置如图1所示．图1岩石加载过程微波实验布置Fig.1Microwave experiment site forrock loaded process9371第12期徐忠印等：岩石变形破裂红外与微波辐射变化特征对比研究实验中为减少环境辐射的干扰，要关闭门窗，拉上窗帘，并在压头与试样间夹衬聚四氟乙烯垫片，用于减少压头对试样的传热．加载前先进行一段时间的观测，待各种设备稳定工作后开始实验．2实验结果2.1岩石的应力、应变及微波辐射变化特征分析图2显示了试样加载过程中载荷、纵向应变、横向应变、纵向应变率、横向应变率的监测结果．其中纵向应变率和横向应变率是指岩石的纵向应变和横向应变的变化速率．纵向应变以纵向压缩为正，而横向应变以横向两侧扩张为正．岩石加载过程可以划分为4个特征阶段：1）初始加载阶段（阶段I，0 50s）．载荷增加较慢，纵向应变和纵向应变率相对横向应变和横向应变率增加较快，无声发射信号产生，表明试样在压力的作用下内部孔隙被压密，长度缩短、体积收缩．这一阶段也称为孔隙压密阶段．2）弹性变形阶段（阶段II，50 177s）．载荷与两个方向的应变成比例增加，两个方向的应变率也匀速增加，有少量的声发射信号产生，表明岩石在这一阶段处于弹性变形，内部有少量微破裂产生．图2岩石加载过程中载荷、应变变化特征Fig.2Detection result of several instruments in the loading process of the rock sample （a）—载荷；（b）—纵向应变；（c）—横向应变；（d）—纵向应变率；（e）—横向应变率．3）塑性变形阶段（阶段III，177 240s）．177s时两个方向的应变率突然上升，随即出现较强烈的声发射信号，表明岩石内部产生了较大微破裂，导致横向扩容膨胀．4）破裂与失稳阶段（阶段IV，240s 破坏）．横向应变在240s时增加减缓（见图3），243 246s停止增加开始减小，但变化很小．246s后横向应变急剧下降，表明246s时试样由横向扩张快速转变为收缩，与此同时，纵向应变在246s时由上升转变为静止不动，维持3s．表明试样在此阶段停止纵向缩短．249s时载荷达到最大，随即出现大幅度应力降，纵向应变迅速下降，表明试样在249s时发生破裂．图3是岩石加载过程中微波辐射计获得的亮度温度－时间曲线．该曲线存在以下特征：1）在加载阶段I，亮度温度无趋势变化，只出0471东北大学学报（自然科学版）第36卷现幅度很小的下降性变化．2）在加载阶段II，亮度温度随载荷的增加首先呈现稳定性增加，增加的幅度达到0.6K左右．大约在123s时，停止增加维持恒定，直到该阶段结束．3）在加载阶段III，亮度温度开始下降，大约在220s达到初始加载的辐射水平，保持稳定，直到这一阶段结束．亮度温度下降幅度约为0.6K．4）在加载阶段IV，亮度温度由稳定又转为上升，中间随载荷变化发生1次波动，但总体趋势是上升．对照图2和图3，可以发现：1）岩石在弹性阶段II，微波亮度温度随载荷的增加而增加，二者间呈正相关关系．2）当岩石进入阶段III时，横向应变加快，使得岩石体积增大，表明岩石内部出现微破裂，此时微波亮度温度开始下降．转折点EP（见图3）是岩石破裂重要的早期前兆点．图3微波辐射的亮度温度随时间的变化曲线Fig.3Brightness temperature-time curve ofmicrowave emission3）当岩石变形由阶段III进入阶段IV时，载荷上升明显变缓，同时应变增加也减缓，表明试样进入力学平静期．随着载荷的进一步增大，内部微破裂大量出现，平静期被打破，岩石趋于失稳．此时微波辐射停止减少，转而又开始增加．转折拐点LP为岩石破裂晚期重要的前兆点．2.2红外与微波变化特征对比以往的研究表明，岩石表面的平均红外辐射温度（AIＲT）是表征岩石加载过程中热红外辐射总能量变化的有效指标［8］．图4显示了实验中热成像仪ImageIＲ3350对岩石表面平均红外辐射温度探测结果，纵坐标表示加载过程某时刻相对于初始加载时刻AIＲT的变化情况．图中可见，在加载阶段I，AIＲT变化不大，只有小的波动．阶段II，AIＲT缓慢增加．阶段III，AIＲT快速增加．C点是AIＲT变化的转折点，成为岩石破裂早期的AIＲT 异常前兆点．当岩石加载进入阶段IV，AIＲT停止增加而转为下降，D点是这一变化的转折点．当岩石达到峰值载荷时，随即发生破裂，AIＲT随之发生陡降．之后随着载荷的起伏AIＲT发生一致性变化．转折点D成为岩石破坏AIＲT晚期的异常前兆点．这意味着当AIＲT由快速增加达到峰值而转为下降时，岩石即将发生破裂．此时，D点对于岩石破坏的预警起重要的作用．图4AIＲT增量随时间的变化曲线Fig.4AIＲT increment-time curve将试样的红外与微波探测结果（图3，4）对比可以发现，岩石在加载过程的热红外辐射与微波辐射的变化特征不同：1）红外辐射与应力关系密切．加载过程中红外辐射（AIＲT）与载荷的变化步调几乎一致，表明二者的线性相关密切．这表明岩石加载过程中的红外辐射实际上反映了应力的变化，二者之间呈现了很好的对应关系，利用热红外手段可以监测岩石的应力变化．2）微波辐射的亮度温度与应变关系密切．图2d，2e和图3对比显示，在II阶段后期当应变率出现突升前，微波亮温即停止上升．而进入第III 阶段，当应变率出现突升时微波由恒定转为下降，岩石发生横向扩容．当进入第IV阶段宏观破裂即将产生时，应变率急剧下降，此时微波亮度温度由下降转为上升．因此，微波辐射的亮度温度变化与应变关系密切．3）红外与微波辐射的变化特征不同．对比红外与微波的探测结果可以发现，两种辐射信息都随着应力的阶段性变化而变化，但二者的变化规律不同．在弹性阶段，二者的变化趋势基本一致，即随应力的增加而增加；在塑性阶段，微波辐射开始下降，而红外辐射表现为快速增加；在破裂阶段，微波辐射由下降转为上升，而红外辐射由上升转为下降．4）红外与微波辐射的破裂前兆特征不同．红外与微波辐射都在岩石破裂前出现了早期和晚期前兆，但前兆特征不同．红外辐射的早期前兆特征是“加速上升”，而微波辐射的早期前兆是“升转1471第12期徐忠印等：岩石变形破裂红外与微波辐射变化特征对比研究降”；红外辐射的晚期前兆特征是“升转降”，而微波辐射的晚期前兆特征是“降转升”．由此看出，红外与微波辐射的早、晚期前兆特征正好相反，存在“剪刀差”效应．3结论1）随着岩石应力、应变的阶段性发展，微波、红外辐射出现相应的阶段性变化特征，但二者的变化规律不同．红外辐射呈现初始阶段变化很小、弹性阶段缓慢增加、塑性阶段快速增加以及临破裂前回落的变化特征；而微波辐射呈现初始阶段微降、弹性阶段上升、塑性阶段下降以及临破裂前上升的变化特征．二者在岩石破裂前均出现了异常变化的早期和晚期前兆，但前兆特征相反．2）实验结果显示，红外辐射与载荷关系密切，而微波辐射与应变关系密切．利用热红外手段可以监测岩石的应力变化，而利用微波辐射可以探测岩石内部的微破裂的产生和发展过程．两种手段结合可以更好地捕捉岩石破裂异常前兆．致谢本文在实验设计、实验结果的理论分析方面得到了中国科学院东北地理与农业生态研究所赵凯研究员的帮助，在此表示感谢．参考文献：［1］Nitsan U．Electromagnetic emission accompanying fracture of quartz-bearing rock［J］．GeophysicalＲesearch Letters，1977，4（8）：333－336．［2］Yamada I，Masuda K，Mizutani H．Electromagnetic and acoustic emission associated with 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利用高光谱遥感技术进行岩性分类研究
利用高光谱遥感技术进行岩性分类研究近年来，随着遥感技术的迅猛发展，高光谱遥感技术成为了地球科学和资源勘探领域的研究热点之一。
它通过获取地面物体反射和辐射的连续光谱信息，可以提供大量丰富的数据，有助于地质学家研究地壳构造和地质构造。
本文将探讨如何利用高光谱遥感技术进行岩性分类研究。
一、高光谱遥感技术的基本原理高光谱遥感技术是利用光谱波段的数据获取地面物体的反射和传播特性，通过对光谱数据的解译来提取地物信息。
相比于传统的遥感技术，高光谱遥感技术在光谱分辨率上具有更高的精度，可以获取到更多的光谱数据。
这些数据中包含大量与地质特征相关的信息，为地质研究提供了重要的依据。
二、高光谱遥感在岩性分类中的应用1. 光谱特征分析高光谱遥感技术可以提供大量光谱数据，包括可见光到红外波段的信息。
这些数据可以通过光谱特征分析来识别不同的岩性。
不同岩性的反射特性在光谱上有所不同，通过研究不同岩性的光谱特征，可以建立光谱数据库，用于岩性分类和识别。
2. 相关系数法相关系数法是一种常用的岩性分类方法。
通过比较光谱数据与已知岩性的相关系数，判断地面物体的岩性类型。
这种方法可以快速准确地进行岩性分类，并且可以根据不同的研究需求进行调整和优化。
3. 光谱角度法光谱角度法利用不同光谱角度反射率的变化来分析地面物体的岩性。
不同岩性对光谱角度的响应有所差异，通过分析光谱角度的变化，可以识别出地下岩性的类型和分布情况。
三、高光谱遥感技术在矿产资源勘探中的应用案例高光谱遥感技术在矿产资源勘探中具有重要应用价值。
以铁矿石为例，利用高光谱遥感技术可以通过对不同波段反射率的分析，判断地下是否存在铁矿石。
将光谱数据与已知的铁矿石光谱特征进行对比，可以进行准确的分类和预测。
此外，高光谱遥感技术还可以用于石油勘探、矿区环境监测等领域。
通过分析不同波段的光谱数据，可以检测并判断地下油藏的类型和规模，对石油资源的开发和利用提供科学依据。
同时，也可以通过监测矿区的地表植被情况和污染物排放情况，进行环境保护和治理。
红外光减弱原因
红外光减弱原因一、大气吸收红外光的传输受到大气的吸收作用影响。
大气中的水蒸气、二氧化碳、臭氧等成分对红外光有吸收作用，导致红外光在传输过程中逐渐减弱。
此外，大气的温度、压力和湿度等条件也会影响红外光的吸收。
二、大气散射大气中的分子、颗粒物和气溶胶等物质会对红外光产生散射作用，导致红外光的强度在空间分布上发生改变。
散射作用使得红外光在大气中传播时，不仅会沿着传播路径减弱，还会在各个方向上散射，造成总的光强进一步减小。
三、大气湍流大气中的湍流现象会导致红外光在传输过程中发生闪烁和漂移，这种现象称为“湍流散射”。
湍流散射会导致红外光的强度和方向发生变化，使得红外图像变得模糊和不稳定。
四、目标表面的反射和吸收目标表面的反射和吸收特性对红外光的强度有显著影响。
如果目标表面是反射性的，那么它反射的红外光会直接进入探测器，导致强度增加。
但如果目标表面是吸收性的，那么它吸收的红外光会使强度降低。
此外，目标表面的粗糙度和方向也会影响红外光的反射和吸收。
五、光学器件的污染和磨损光学器件的污染和磨损是导致红外光减弱的重要原因之一。
长期使用或存放过程中，尘埃、指纹、油渍等污染物可能会附着在光学器件的表面，影响光的透射和反射，导致红外光的强度降低。
同时，光学器件的表面涂层磨损、光学镜头畸变等也会影响红外光的传输效率。
六、背景辐射背景辐射对红外光的探测也有重要影响。
在高温环境下，背景辐射的强度较高，会与目标辐射相互干扰，影响探测器的正常工作。
背景辐射的强度越高，探测器接收到的总辐射量越大，导致红外光的强度相对减弱。
七、探测器性能限制探测器的性能限制也是导致红外光减弱的原因之一。
探测器的响应速度、动态范围、噪声水平等性能参数会影响其对红外光的探测效果。
例如，探测器的噪声可能会掩盖微弱的红外信号，导致探测器无法正常工作。
此外，探测器的像素大小和填充因子等参数也会影响其对红外光的接收效率。
八、目标移动速度目标的移动速度对红外光的探测效果也有影响。
基于电磁波的煤岩识别技术研究进展
基于电磁波的煤岩识别技术研究进展柳圆， 司垒， 王忠宾， 魏东， 顾进恒（中国矿业大学 机电工程学院，江苏 徐州 221116）摘要：将电磁波应用于煤岩识别中，可有效提高煤岩界面分辨能力。
结合煤岩界面模型，阐述了运用电磁波技术进行煤岩识别的原理；介绍了γ射线法、雷达探测法、太赫兹信号法、电子共振法、X 射线法和红外热成像法6种具体的煤岩识别方法，分析了各方法的原理，对各方法的优缺点及煤矿井下适用性进行了对比，并结合实际工业应用分析了各方法的研究现状。
γ射线法在探测距离上具有显著优势，但存在放射性问题，基本被淘汰；雷达探测法具有识别准确的优点，但由于其信号衰减严重，探测距离短，目前一般应用于薄煤层测厚；太赫兹信号法探测距离短，只有在井下环境组成稳定时才能应用；电子共振法信号衰减严重，探测距离较短且难度较大，所以目前矿井基本摒弃；X 射线法穿透性强，成像较清晰，但危害性极大；红外热成像法中，主动红外激励法需耗费大量时间对煤岩进行激励，且在处于高瓦斯的矿井环境中，存在极大的安全隐患；截割闪温法虽耗时较短，但对于截齿多、排布复杂的情况很难实现有效的煤岩识别。
指出电磁波回波信息决定着电磁波煤岩识别的准确性，后续应对其进行深层次挖掘。
关键词：煤岩识别；电磁波；γ射线法；雷达探测法；太赫兹信号法；电子共振法；X 射线法；红外热成像法中图分类号：TD823 文献标志码：AResearch progress on coal rock recognition technology based on electromagnetic wavesLIU Yuan, SI Lei, WANG Zhongbin, WEI Dong, GU Jinheng(School of Mechatronic Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China)Abstract : Applying electromagnetic waves to coal rock recognition can effectively improve the resolution capability of coal rock interfaces. Based on the coal rock interface model, the principle of using electromagnetic wave technology for coal rock recognition is explained. The paper introduces six methods for coal rock recognition, including γ–ray method, radar detection method, Terahertz signal method, electron resonance method,X-ray method, and infrared thermal imaging method. The principles of each method are analyzed, and the advantages and disadvantages of each method are compared as well as their applicability in coal mines underground. The research status of each method is analyzed in combination with practical industrial applications.The γ–ray method has significant advantages in detection distance, but it has radiation problems. It is basically eliminated. The radar detection method has the advantage of accurate recognition, but due to its severe signal attenuation and short detection distance, it is currently generally used for thickness measurement in thin coal seams. The Terahertz signal method has a short detection distance and can only be applied when the composition of the underground environment is stable. The electronic resonance method has severe signal attenuation, short收稿日期：2023-07-26；修回日期：2024-01-10；责任编辑：胡娴。
岩石电阻率及其影响因素PPT
常见岩性的电阻 率特征值得重视
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岩石名称 粘土 泥岩 页岩 泥质页岩 疏松砂岩 致密砂岩 含油砂岩 贝壳石灰岩 泥灰岩 石灰岩 白云岩 玄武岩 花岗岩
表 1-1-1 常见岩石、矿物的电阻率
电 阻 率(Ω ·m)
1～10 5～60 10～102 5～103 2～50 20～103 2～103 20～2×102 5～5×102 60～6×103 50～6×103 6×102～105 6×102～105
可将地层水视为NaCl溶液，用“NaCl溶液电阻率与其浓度、温度的关系图 版”求出地层水电阻率。
(2)岩石电阻率与地层水性质的关系
①地层水电阻率与地层水所含盐类化学成分的关系
NaCl溶液 电阻率与 其浓度、 温度的关 系图版
(2)岩石电阻率与地层水性质的关系
①地层水电阻率与地层水所含盐类化学成分的关系 B、当地层水中所含的非NaCl盐类的含量不可忽略时，应当先用“不同
(2)岩石电阻率与地层水性质的关系
③地层水电阻率Rw与温度的关系 地层水电阻率与温度的关系也
非常密切，一般地层水温度越高， 其电阻率越低，反之亦然。这是因 为随温度升高溶液中的离子迁移速 度随之加大，在外加电场的作用下 溶液的导电能力加强，溶液电阻率 变低。
地层水的温度决定于地层的埋 藏深度。
通常测井时，在井口测量泥浆的电阻率和温度，在需要知道地层温度 下泥浆电阻率Rmt时，则可以利用本图版求出Rmt。
电子导电性是组成岩、矿石的基本物质颗粒中的自由电子在电场作用 下所作的定向运动，例如大部分的金属矿物黄铁矿、磁铁矿、黄铜矿以 及石墨等，这类岩矿石的电阻率一般比较低；
离子导电性的岩石，则主要靠岩石孔隙中水溶液的离子导电，如砂岩、 碳酸盐岩孔隙中的流体等。
红外探测系统自身热辐射杂散光的分析
Gr a du a te U niv er sity of Chinese Aca dem y of S ciences , Beijin g 100049, China
Abstract A typical infrared detection system [ Ritchey Chretien ( R C) system] and its baffles are designed. Its structure model is established with the TracePro software. Stray lights caused by thermal radiation of critical inner surface are analyzed by a ray tracing program. The relation of photons of stray lights and temperature which varies from 250 K to 320 K is given. The stray light caused by sky background is calculated. The curve of increasing rate of photon number of stray lights received by single pixel versus temperature is given. The results show that an open telescope without main tube cannot do well obviously in reducing stray lights. The temperature of the inner baffle of main mirror should be less than 230 K in order to detect the background limited target. Key words infrared detection; stray light; TracePro software; thermal radiation; Ritchey Chretien(R C) system
大气光学条件对红外遥感的影响研究
大气光学条件对红外遥感的影响研究红外遥感技术在军事、气象、环境监测等领域发挥着重要作用。
然而，大气光学条件对红外遥感的影响不容忽视。
本文将研究大气光学条件对红外遥感的影响，并探讨一些相关的解决方案。
一、大气光学条件的影响因素1. 大气透明度：大气中的气溶胶、颗粒物质和水汽对红外辐射的传播产生吸收和散射，降低了红外辐射的能量传递效率。
因此，大气透明度越好，红外遥感的成像效果越好。
2. 大气湍流：大气中的湍流会导致光束的扩散和失真，从而影响红外遥感图像的清晰度。
湍流的程度与大气层模式、地表条件和气象因素等相关，灰尘暴、风沙天气等都会增加湍流程度。
3. 大气温度和湿度：大气温度和湿度对红外辐射的传播和接收有着重要影响。
温度的变化会导致红外辐射的波长产生漂移，而湿度则会增加红外辐射在大气中的损失。
二、大气光学条件修正方法1. 大气红外响应建模：通过数值计算和建模，将大气光学条件对红外遥感的影响进行定量分析和评估，从而实现对原始数据的修正和校正。
2. 观测数据校正：利用大气辐射传输模型，根据观测时的大气状况，对红外图像进行修正，还原真实的地物信息。
这种方法通常需要获取大气温度、湿度等气象数据，并结合遥感图像特征来进行修正。
3. 多时相遥感数据融合：通过结合不同时间段的遥感数据，利用多时相数据融合算法，减少大气光学条件对红外遥感的影响。
这种方法可以提高红外图像的分辨率和空间覆盖范围。
4. 高光谱技术应用：高光谱技术可以获取红外辐射波段的连续谱段，对大气光学条件的影响进行更为精细的分析和校正。
三、进一步研究方向1. 大气光学条件与红外辐射传输的机理研究，以提高大气光学计算模型的准确性和应用效果。
2. 基于人工智能算法的红外图像去雾技术研究，通过对已知的大气光学条件和红外图像的训练，实现对未知大气光学条件下的红外图像的去雾处理。
3. 大气光学条件对不同类型地表的影响研究，探索不同地表类型在不同大气光学条件下的红外辐射变化规律，为地表目标识别和分类提供更准确的数据支持。
测绘科学技术：遥感原理与应用题库
测绘科学技术：遥感原理与应用题库2、名词解释多中心投影本题答案：用以表示具有多个投影中心的遥感图像的几何特性的一种投影方式3、名词解释图像平滑本题答案：消除各种干扰声，使图像高频成分消退，平滑掉图像的细节，使其反差降低，保存低频成分4、填空题遥感技术按照遥感平台不同可分为（）、（）、（）；根据遥感工作波长分类可分为（）、可见光遥感、红外遥感、微波遥感和多波段遥感等；根据辐射源分类可分为（）和主动遥感。
本题答案：航天遥感；航空遥感；地面遥感；紫外遥感；被动遥感5、名词解释与太阳同步轨道本题答案：卫星轨道面与太阳地球连线之间在黄道面内的夹角不变，不随地球绕太阳公转而改变1、判断题（江南博哥）石榴石大多数为均质体，极沙数具异常消光的为非均质体。
本题答案：错6、填空题遥感影像的数据融合方法可分为三类：即（）、（）和（）。
本题答案：基于像元（pixel）级的融合；基于特征（feature）级的融合；基于决策（decision）级的融合7、填空题彩色三要素分别指（）、（）、（）。
本题答案：色调（H）；饱和度（S）；强度（I）8、名词解释数字影像本题答案：以数字形式记录的影像9、问答题简要阐述遥感影像几何变形的主要影响因素。
本题答案：一、传感器成像方式引起的图像变形二、传感器外方位元素变化的影响三、地形起伏引起的像点位移四、地球曲率引起的图像变形五、大气折射引起的图像变形六、地球自转的影响七、运行速度变化引起的变形八、卫星运行所引起的扫描行倾斜九、其它变形误差10、填空题（）是指同时任何物体只要其温度高于绝对零度，都会不断向外界发射电磁波。
地物的电磁波发射能力主要与它的（）有关. 本题答案：热辐射；温度11、名词解释 SA技术本题答案：其主要内容是：（1）在广播星历中有意地加入误差，使定位中的已知点（卫星）的位置精度大为降低；（2）有意地在卫星钟的钟频信号中加入误差，使钟的频率产生快慢变化，导致测距精度大为降低。
干、湿沙层对岩石受力微波辐射影响的实验对比
第39卷第5期2018年5月东北大学学报（自然科学版）Journal o f Northeastern U niversity(Natural Science)V o l.39 ,No.5May20 18doi：10. 12068/j.issn. 1005 -3026.2018.05.021干、湿沙层对岩石受力微波辐射影响的实验对比毛文飞\吴立新2,刘善军\徐忠印1(1.东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳110819; 2.中南大学地球科学与信息物理学院，湖南长沙410008)摘要：在天空冷背景下，通过实验模拟卫星对地观测，研究盖层对岩石受力过程中微波辐射的影响规律及影响机理.实验以花岗岩及覆被干、湿沙层为例，采用卧式压力机和C波段微波辐射计对岩石受力过程中松散盖层对辐射变化的影响规律进行观测.实验结果表明:花岗岩弹性变形阶段的微波辐射变化与载荷具有很好的同步性，相关系数达0. 94，微波亮温变化量为0. 015 K/M P a.当岩石观测面铺设2. 5 c m厚的干沙层 或湿(含水）沙层时，其对受力岩石微波辐射影响存在差异:1)干沙层对岩石受力过程中的微波辐射变化量无显著影响;2)含水沙层显著削弱了微波辐射计所接收到的岩石中由力引起的微波辐射变化信号.关键词：遥感-岩石力学;微波辐射;沙层;天空冷背景;水中图分类号：TP 79，TU 452 文献标志码：A 文章编号：1005 -3026(2018)05 -0710 -06Experiment Comparison on Microwave Radiation from Stressed Rock Covered by Materials：Dry or Humid SandsMAO Wen-fei',WU Li-xin2,LIU Shan-jun1,XU Zhong-yin}(1. School of Resources & Civil Engineering，Northeastern University，Shenyang 110819, China；2. School ofGeosciences and Info-Physics，Central South University，Changsha 410008，China. Corresponding author：WU Li-xin，professor，E-mail：awulixin@)A bstract：Considering the working conditions o f satellite sensors in earth observation，the loading experiments o f rock under the condition o f cold sky background were carried out.The influence of cover layers on microwave radiation from loaded bare rock in elastic phase is analyzed，and the influence mechanism is discussed as w ell.The horizontal loading machine and C band microwave radiometer were applied for observing the microwave radiation from the stressed granite samples covered by different materials：dry or humid silver sands.The experimental results show good synchronicity between the microwave radiation and the loaded stress in the elastic deformation phase o f granite samples，which w ith the correlation coefficient o f 0.94 and the microwave brightness increases by0.015 K/MPa.When covered by dry or humid sands(w ith layer thickness o f about2.5 c m)，the characteristics o f affected microwave radiation from the stressed rock are much different： 1) the dry sand has no obvious influence on the affected microwave radiation from stressed ro ck；2) the humid sand weakens the signals received by microwave radiometer significantly.Key w ords：remote sensing-rock mechanics；microwave radiation；sand cover；sky cold background；water作为遥感监测的重要手段之一，微波具有穿 透云层、并在某种程度上穿透雨区的能力[l].20 世纪90年代，耿乃光等[2]、邓明德等[3]等先后开 展了岩石受力破裂的微波观测实验，表明岩石试件在临破裂前出现了微波辐射异常.M a k i等[4]发 现岩石受压破裂时会向外辐射微波电磁脉冲信 号.L iu等[5]通过实验发现岩石分层破裂后微波 辐射亮温值会下降.徐忠印等[6]在岩石单轴压缩收稿日期：2016-12-21基金项目：国家自然科学基金资助项目（41771407).作者简介：毛文飞（1989 -)，男，甘肃天水人，东北大学博士研究生；吴立新（1966 -)，男，江西宜春人，中南大学教授，博士生导师.第5期毛文飞等：干、湿沙层对岩石受力微波辐射影响的实验对比711过程中，发现微波辐射呈现初始阶段微降、弹性阶 段上升、塑性阶段下降以及临破裂前上升的变化 特征.丁〇]^如等[7]在室内岩石受力微波辐射观 测实验的基础上，采用AMSR - E (advanced microwave scanning radiometer for earth observation system)数据将微波遥感用于地震微 波辐射异常分析中，结果表明在理想条件下震前 震中区域确实存在微波辐射异常的可能性.然而，上述关于岩石微波辐射的实验观测及 分析结果都是基于直接观测受力岩石表面而得. 事实上，地球表面是由水（70.8% )和陆地(20. 2% )所覆盖,其中陆地类型包括沙、土壤、冰 雪和植被等.当岩石圈层中的微波辐射信号传入 到位于大气层上部的微波遥感卫星传感器时，将 不可避免地受到覆盖在岩石圈上部松散盖层的影 响.为了强调和研究地表松散盖层对遥感观测的 影响,W u等[8]提出了松散盖层（Coversphere)以及相应的岩石圈层-盖层-大气层-电离层 (L C A I)耦合作用的概念模型.为探讨盖层对岩石受力微波辐射信号的影响 特征,作者采用干燥沙层和含水沙层两种松散物 质作为覆被于岩石试件上表面的盖层，用C波段 微波辐射计在天空冷背景下观测岩石受循环载荷 作用时的微波辐射变化,并对比分析干、湿沙层对 受力岩石微波辐射变化的影响特征.1实验设计与实验方法1.1实验样品实验选择花岗岩作为岩石试样.花岗岩矿物 成分主要有斜长石、钾长石、石英、黑云母等，矿物 颗粒大小5 m m左右，为等粒结构.为保证微波辐 射计接收的辐射全部来自岩石，实验采用46 cm x25 cm x15 c m的大块长方体试样.采用细沙作 为松散盖层材料，沙粒直径在0.2〜1.0 m m之 间.实验中将天然风干的细沙作为干燥沙层;选取 部分细沙添加一定的水（质量分数约7.0% )，搅 拌均匀，作为含水沙层.考虑到微波辐射计喇叭口 距离试件表面为5cm，本实验中沙层铺设厚度为 2.5 cm.对于不同厚度盖层对受力岩石微波辐射 的影响规律,在后续盖层实验研究中将陆续开展.1.2实验设备为模拟遥感卫星对地观测，实验采用具有微 机伺服控制功能的卧式压力加载机，轴向最大荷 载为5 000 k N;同时，为模拟地壳的围压环境，压 力机可提供最大荷载为100 k N的侧压，如图1所示.实验中使用C波段（频率为6.6 G H z)的微波 辐射计，温度灵敏度为0. 1K，定标精度0.5〜1. 5 K，稳定度为1K，数据采样速度为1帧/s.采 用TWC-2A铂电阻多路温度测试仪对岩石观测 表面的物理温度进行同步测试，测量精度±0. 3% rdg+ 1 °C，温度分辨率0.01 °C.在压头与试样间 夹衬聚四氟乙烯垫片，用于减少压头对试样的传 热以及加载端对岩石的电磁干扰.图1岩石受力微波观测实验系统Fig. 1Rock loading system for observing microwave radiation1.3实验方法实验在室外空旷区进行，保证岩石上方为天 空冷背景.为避免太阳照射造成试样温度变化，实 验选择在夜间进行.由于C波段微波辐射计的喇 叭天线口较大(20 cm x15 cm)，为减少环境辐射干 扰，将辐射计垂直试样放置,距离为5 cm(见图2).微博辐射计(c波段）图2覆被盖层的岩石受力微波观测示意图Fig. 2 Schem a of microwave detection on stressed rock covered by sands一般地，岩石加载破裂过程包括弹性变形、塑 性变形和宏观破裂3个阶段.本实验旨在探究盖 层对岩石受力破裂前微波辐射的影响，因此采用 循环加载的方式，以0.6倍的试件单轴抗压强度 为循环载荷的上限值（单轴压缩实验中，该尺寸 花岗岩试件峰值强度约为56 M Pa).先对岩样施 加侧压至0.9 M P a并保持不变，然后轴压以0.027 MPa/s的加载速率加载至预定上限值，在 上限载荷保持30 s后以0.027 MPa/s的速率卸载 至2.7 M Pa，保持30 s后开始第二次循环加载，加712东北大学学报（自然科学版)第39卷波%^亮温变化曲线（a)37.5270.5 32.0270.0 26.7269.5 21.3269.0 16.0268.5268.0 10.7267.5 5.3267.0266.5载方式与第一次相同，即对同一试样进行两次循 环加载.2实验结果与分析2.1干沙层对岩石受力微波辐射的影响首先对无沙层（裸岩）条件下1号岩石试件 受力过程中微波辐射规律进行观测.图3a,图3c 为无盖层条件下，1号试件在循环荷载作用下微 波辐射亮温与岩石表面物理温度观测结果.从图 中可以看出，微波辐射计因仪器性能及噪声影响 导致辐射亮温频繁波动，但微波辐射亮温的总体 变化趋势与载荷一致，呈现循环变化态势，在受压 阶段随着载荷上升而上升，在卸压阶段随载荷下 降而下降，二者的变化步调一致.为进一步揭示二者关系，采用sym5小波基 对微波亮温信号进行去噪.结果显示，当微波信号 经过7阶小波滤波以后，辐射亮温变化呈现与载 荷变化非常一致的光滑曲线（图中红线所示），二 者相关系数达到0.94.微波亮温在加载过程中的变化幅度约为0.5 K，由此可计算当轴向应力增 加1M P a时，微波辐射亮温约上升0.015 K.此外，图3c表明:在整个加载过程中，岩石表面物理 温度呈缓慢上升趋势(实验时间为凌晨04:48:00〜05:01:20,环境气温开始缓慢回升），在单次加载 期间岩石表面温度上升幅度小于0. 1 °C.图3b为1号岩石试件表面铺设干沙层后，在 相同循环荷载作用下微波辐射观测结果.相比于 裸岩观测（图3a)，微波亮温的基值由268 K上升 至272. 5 K.采取相同的去燥方法对观测结果进 行噪声剔除，结果显示，在铺设干沙层后，岩石受 力过程中产生的微波辐射变化信号并未被干沙层 明显干扰，微波亮温的变化趋势依然与载荷有很 好的同步性，且去燥后的亮温与载荷的相关系数 提升到0.97，循环受力过程中微波亮温的变化幅 值仍为0.5 K左右.另一方面，从岩石表面物理温 度的变化曲线（图3d)上看，其变化趋势更加趋于 平缓，在单次循环加载阶段升高量少于0. 1C，表 明岩石表面与环境的热交换作用受到了干沙抑制.岩石10.2^----------1------------1------------1------------1------------1------------L0 100 200 300 400 500 600 0 100 200 300 400 500 600时间/s时间/s图3干沙层对花岗岩受力微波辐射影响的实验结果Fig. 3 Experimental results of microwave brightness temperature variation contrasted with physical temperature in process of loading(a)—裸岩微波高温；（b) —铺设干沙微波高温；（c)一裸岩物理温度；（d)—铺设干沙物理温度.2. 2含水沙层对岩石受力微波辐射的影响为对比研究含水盖层对微波辐射的影响，以2号花岗岩试件和含水沙层（干燥沙层添加水制 成）为实验对象.图4a，图4c即为无盖层（裸岩）条件下2号岩石试件在荷载上限为26. 7 M P a的循环荷载作用下，微波亮温与岩石表面物理温度 的观测结果.从图中看出，由于2号试件加载条件 与1号试件基本相同，裸岩受力过程中微波辐射 的变化规律具有相似性，均呈现出与载荷较好的 同步性.对2号试件微波亮温信号进行去噪后，微10.410.75.310.810.610.75.3亮温变化曲线尨囊揩躺s—据躺732.6.1.6.32210.1X第5期毛文飞等：干、湿沙层对岩石受力微波辐射影响的实验对比713270.0269.5269.0268.5268.0267.5 267.032.0279.026.7278.5278.021.3277.516.0277.010.7276.5276.05.3275.5275.0亮温变化曲线波辐射亮温与载荷的相关系数达0. 95;微波亮温 在加载过程中的变化幅度约为0.5 K ;而岩石表 面的物理温度变化趋于平稳，加载阶段总体变化 少于0. 1 °C .图4b 为2号岩石试件表面铺设含水 沙层后微波亮温观测结果.相比于裸岩观测（图 4a ),微波亮温的基值由268 K 上升至276. 5 K ,但 微波辐射计接收到的辐射亮温频繁波动,与循环 载荷的同步性十分微弱.采取相同的小波去燥方法对此观测结果进行噪声剔除，微波亮温与循环 载荷呈现一定的同步性，但相关系数仅为0. 34. 微波辐射亮温的变化幅值约为0. 25 K ,这相比于 裸岩或铺设干沙层条件下的实验观测结果而言, 降低了 50% .表明含水沙层对受力岩石微波辐射 信号的传播具有明显的削弱作用.而岩石表面的 物理温度变化因含水沙层的保护而更趋平稳，加 载阶段总体变化小于0. 05 °C (图4d ).26.721.310.216.010.010.79.85.39.610.432.010.432.0岩石•3^--含水沙层(d)100200300400500时间/S 100 200 300 400 500时间/s图4含水沙层对花岗岩受力微波辐射影响的实验结果Fig. 4 Experimental results of microwave brightness temperature variation contrasted with physical temperature inprocess of loading(a )—裸岩微波高温；（b )—铺设含水沙微波高温；（c )一裸岩物理温度；（d )—铺设含水沙层物理温度.3沙层对微波辐射传输影响机理分 析3. 1沙层微波亮温的变化机理由图3和图4可知，相对于裸岩实验观测结果,铺设干、湿沙层后，微波辐射计所探测到的微 波亮温值均明显增大，分别由裸岩观测时的268 K 增大至272. 5 K (干沙）和276. 5 K (湿沙）.这主 要是由于沙层的铺设(厚2. 5 cm )，使得喇叭口与 目标观测面距离由5 c m 减小至2. 5 cm ，而这一距 离的改变，较大幅度地增加了辐射计所接收到的 来自岩石及沙层目标物的微波辐射能.此外，实验 结果显示，湿沙条件下的微波亮温值比干沙条件 下高出4 K ，这与“随着目标含水量的增大，微波 亮温会减小”的卫星遥感一般性认识不相符.分 析其原因如下.根据U la b y 理论[|]，对于由大量散射体组成的媒质材料（实验中沙层），其微波亮温7b 可以 表示为7(1-^)(1-厂）7b(1)'L 2式中：7为沙层的热力学温度（K ); L 为沙层的损 耗系数；r 为沙层与空气界面的反射系数.对于 性质均匀的沙层而言，沙层的损耗系数L 是由消 光系数&和厚度d 决定：L = e K °d.(2)其中，4n s ’A02 ( 1 + (s "/s ')2) - ■2(3)而沙层与空气界面的反射系数r 为亮温变化曲线（a)S W /据躺00. I X11a/tt!!«714东北大学学报（自然科学版)第39卷+ 1J■(4)式(3)、式(4)中:A。
浅谈影响红外检测的几种因素
浅谈影响红外检测的几种因素作者：张春雷于昕王亮来源：《硅谷》2009年第02期[摘要]红外检测与诊断技术是设备诊断技术的一种，它是利用红外技术来了解和掌握设备在使用过程中的状态，确定其整体和局部是否正常，及早发现故障及其原因，预测故障发展趋势的技术。
介绍几种对红外检测诊断产生不利影响的因素，并对红外检测过程中如何减小这些不利影响进行简单说明。
[关键词]因素红外检测影响中图分类号：O59文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0120006－01一、引言红外测量的精度和可靠性与很多因素有关，如大气、测试背景、距离、物体辐射率、相邻设备热辐射、瞬时视场角等都可能对检测造成一定的影响。
在实际应用中要注意尽量消除这些不利影响。
二、自然环境对红外检测的影响（一）大气吸收的影响在红外辐射的传输过程中，由于大气的吸收作用总要受到一定的能量衰减，即使选择的波长区域是红外线穿透能力很强的“大气窗口”范围，也不可能百分之百地通过，造成这种衰减的主要原因之一就是由于大气吸收的影响。
大气吸收程度随空气湿度的变化而变化。
（二）太阳光辐射的影响当被测对象处于太阳光辐射下时，太阳光的反射和漫反射都在3～14μm波长区域内，且它们的分布比例并不固定，因这一波长区域与红外测温仪器工作的波长区域接近，而极大地影响红外探测器。
同时太阳光的照射造成的被测物体温度变化将叠加在被测对象的温度变化上，如太阳光的照射强度为976.3W／m2时，将造成11－13.7℃的附加温升。
（三）风的影响当被检测对象处于室外露天环境中运行时，在风力较大的条件下，由于受到风速对流冷却的影响，存在发热缺陷设备的热量会被风力加速散发，而使热缺陷设的温度下降。
如风速在1.5m/s左右时．由于风力正面方向强制对流冷却的影响，大约可使接触部位的发热温升下降一半左右。
三、辐射率的影响总体上来说，红外检测装置从物体上接收到的辐射能量大小与该物体的辐射率成正比。
受载煤岩失稳破坏过程红外辐射响应特征与机制
受载煤岩失稳破坏过程红外辐射响应特征与机制汇报人：日期:CATALOGUE 目录•引言•受载煤岩失稳破坏过程红外辐射响应特征•受载煤岩失稳破坏过程红外辐射响应机制研究•基于红外辐射的受载煤岩失稳破坏预测模型研究•研究结论与展望01引言研究背景与意义研究现状与不足目前，针对受载煤岩失稳破坏过程的研究主要集中在声发射、电磁辐射、微震等方面。
然而，关于煤岩失稳破坏过程中红外辐射响应特征与机制的研究尚不充分。
现有研究缺乏对煤岩红外辐射响应的深入分析和对失稳破坏机制的探讨。
1研究内容与方法23研究内容：本研究旨在探究受载煤岩失稳破坏过程中红外辐射响应特征与机制。
具体研究内容包括1. 不同加载条件下的煤岩红外辐射特性实验；2. 煤岩失稳破坏过程中红外辐射信号的采集与分析；研究方法：本研究采用实验分析、数值模拟和理论分析相结合的方法进行探究。
首先，通过实验测试不同加载条件下的煤岩红外辐射特性；其次，利用数值模拟方法模拟煤岩失稳破坏过程，并采集和分析红外辐射信号；最后，结合实验和模拟结果，深入探讨煤岩失稳破坏过程中的红外辐射响应特征与机制。
3. 红外辐射与煤岩物理参数的相关性研究；研究内容与方法4. 基于红外辐射的煤岩失稳破坏机制探讨。
02受载煤岩失稳破坏过程红外辐射响应特征红外辐射基本理论红外辐射定义红外辐射原理红外辐射光谱受载煤岩失稳破坏过程红外辐射变化特征煤岩失稳破坏过程中的热力学变化01红外辐射强度变化02红外辐射光谱变化03受载煤岩失稳破坏过程红外辐射影响因素分析加载条件的影响加载条件如应力、应变和加载速率等都会影响煤岩失稳破坏过程中的红外辐射响应。
煤岩成分和结构的影响煤岩的成分和结构也会对其红外辐射响应产生影响，如含水量、孔隙率和矿物成分等。
环境因素的影响环境因素如温度、湿度和气压等也会对煤岩的红外辐射响应产生影响。
01030203受载煤岩失稳破坏过程红外辐射响应机制研究模型变量设置将煤岩的物理性质、力学性质、加载条件等作为模型参数，并考虑热量传递、热对流等热力学因素对模型的影响。
不同含水量砂岩的中红外光谱特征与预测模型研究
第43 卷第 3 期2024 年3 月Vol.43 No.3489~495分析测试学报FENXI CESHI XUEBAO（Journal of Instrumental Analysis）不同含水量砂岩的中红外光谱特征与预测模型研究陈露1，常龙飞2，沈沐傲2，张鸣原2，李德建2*，李英骏2，3*（1．华北科技学院应急技术与管理学院，河北三河065201；2．中国矿业大学（北京）深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，北京100083；3．中国科学院物理研究所，北京100190）摘要：水对岩石具有软化、溶蚀等作用，准确预测岩石的含水量对岩土工程的地下深部开采至关重要。
该文将中红外光谱技术应用于砂岩的含水量分析，研究了不同砂岩样品的中红外光谱特征与其含水量之间的关系。
通过多种预处理方法提取有效特征向量，构建了针对砂岩含水量的中红外光谱预测模型。
结果表明，多元散射校正+偏最小二乘法、归一化特征向量提取+随机森林及一阶微分+支持向量机 3种模型在测试集上预测的含水量与实测值之间的相关系数（R2）分别为0.985、0.995和0.951，均方根误差分别为0.074、0.022和0.137，即特征向量提取+随机森林的预测模型效果最佳。
该方法通过中红外光谱技术实现了砂岩含水量的无损、快速分析，为地质工程中砂岩的水分预测提供了参考。
关键词：中红外光谱；砂岩；含水量；预测中图分类号：O657.3；P313.1文献标识码：A 文章编号：1004-4957（2024）03-0489-07Research on Mid-infrared Spectral Characteristics and PredictionModels of Sandstone in Different Water ContentCHEN Lu1，CHANG Long-fei2，SHEN Mu-ao2，ZHANG Ming-yuan2，LI De-jian2*，LI Ying-jun2，3*（1．School of Emergency Technology and Management，North China University of Science and Technology，Sanhe 065201，China；2．State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering，China University of Mining and Technology，Beijing 100083，China；3．Institute of Physics，ChineseAcademy of Sciences，Beijing 100190，China）Abstract：The water can soften and dissolve rocks，it is very important to predict the water content of rocks accurately for deep underground mining of geotechnical engineering. In this paper，the mid-infrared spectroscopy was applied to analyze the water content of sandstone. The relationship between the mid-infrared spectral characteristics and water content of sandstone samples was studied. The ef⁃fective feature vectors were extracted by various pretreatment methods，and an mid-infrared spectral prediction model for water content of sandstone was constructed. The results showed that the correla⁃tion coefficients R2 between the predicted and measured values on the test set for multiple scattering correction+partial least squares，feature vector extraction+random forest and first order differential+ support vector machine were 0.985，0.995 and 0.951，respectively. The root-mean-square errors were 0.074，0.022 and 0.137. All of them can predict the water content of sandstone well，and the prediction model combining feature vector and random forest had the best effect. This method realizes non-destructive and rapid water content analysis of sandstone by mid-infrared spectroscopy，provid⁃ing a reference for water prediction of sandstone in geological engineering.Key words：mid-infrared spectrum；sandstone；water content；forecast水对岩石具有明显的弱化、渗透、水楔和溶蚀作用［1］，岩石表面的水分子可通过吸引力与具有较弱连结强度的矿物分子相结合。
岩性的识别
第一节 地质遥感 第二节 水体遥感 第三节 植被遥感 第四节 土壤遥感 第五节 高光谱遥感 的应用
第一节 地质遥感
一、岩性的识别ห้องสมุดไป่ตู้
1. 岩石的反射光谱特征：
与岩石本身的矿物成分和颜色密切相关
组成岩石的矿物颗粒大小和表面粗糙度的 影响 岩石表面湿度的影响。
一、岩性的识别
2、沉积岩的影像特征及其识别
三、植物生长状况的解译
健康的绿色植 物具有典型的 光谱特征。遭 受病虫害的植 物其反射光谱 曲线的波状特 征被拉平。
四、大面积农作物的遥感估产
1、根据作物的色调、图形结构等差异大的物候期 的遥感时相和特定的地理位置等的特征，将其 与其他植被分开。 获得植被分布图。 2、利用高时相分辨率的卫星影象对作物生长的全 过程进行动态监测 得到植被指数：比值植被指数、归一植被指数、 差值植被指数、正交植被指数。 3、建立农作物估产模式 用选定的植物灌浆期植被指数与某一作物的单 产进行回归分析，得到回归方程。
一、植被的光谱特 征
1、健康植物的反射光
谱特征：有两个反 射峰、五个吸收谷。
第三节 植被遥感
一、植被的光谱特征
2、影响植物光谱的因素
植物叶子的颜色
叶子的组织结构 叶子的含水量 植物的覆盖度
二、不同植物类型的区分
1、不同植物由于叶子的组
织结构和所含色素不同， 具有不同的光谱特征。 在近红外光区，草本植 物的反射高于阔叶树， 阔叶树高于针叶树。 2、利用植物的物候期差异 来区分植物。 3、根据植物的生态条件区 别植物类型。
5、活动断层的确定
除了具备断层的影像特征外，还具有以下 特征： 山形、沟谷的明显错位和变形； 山形走向突然中断； 山前现代或近代洪积扇错开； 震中呈线形排列，活动频繁。
[转载]岩石的放射性
![[转载]岩石的放射性](https://img.taocdn.com/s3/m/e61d53ef710abb68a98271fe910ef12d2af9a962.png)
[转载]岩⽯的放射性原⽂地址：岩⽯的放射性作者：⾛过柴达⽊天然放射性岩⽯——流紋岩、蛇紋岩其化学成分为K、Na、Fe、Ga、Ba、Mg、Cu、Al、Si、Be、Mn、Ti、V、Sr、Ca、Zr等16种元素,其总放射性强度約为 1·10~(-10)居⾥/每克流紋岩。
因此,这种岩⽯可作为⼀种天然放射性肥料施⽤。
⽔稻、⼩麦施⽤这种岩⽯的数果,从盆栽試驗結果得出:每盆(約相当于1/10000亩)施⽤剂量为5克,⽔稻較对照增产20%以上,⼩麦較对照增产10%左右。
⽥间试验的結果,⼩麦每亩施⽤100⽄較对照增产2.5— 5.0—10%。
采⽤北京核仪器⼚⽣产的FJ-428型便携式多⽤辐射仪测定不同矿物、岩⽯以及湖南岳麓⼭、望城县桥驿洪家⽔库休闲度假区、西藏勒布旅游区等不同地质环境的放射性,表明⾼温⾼压下形成的矿物和岩⽯以及⾼温⾼压作⽤下形成的变质岩放射性剂量⾼,⽽沉积岩类和沉积类矿物放射性剂量低.不同矿物、岩⽯的α射线放射性剂量极低,放射性污染最主要的是γ射线污染.对放射性剂量⾼的矿物、岩⽯如花岗岩、板岩在⼀般情况下不适宜作室内建筑或装饰⽤材.地球系统是由地球⾃然圈层构成的，地球上的任何物质都处于并参与到地球⾃然圈循环系统中，我们⾝边的很多物质都或多或少地会受到放射性物质的影响，从⽽也会带有⼀定的放射性。
⾷物、饮⽤⽔：因为岩⽯会被风化、腐蚀成⼟壤，⼟壤中会存在放射性物质，随着植物的⽣长转移到植物体内， ⾷物、饮⽤⽔：因为岩⽯会被风化、腐蚀成⼟壤，⼟壤中会存在放射性物质，随着植物的⽣长转移到植物体内，经由⾷物链转移到动植物内。
随着⾬⽔的冲刷，岩⽯和⼟壤中的放射性物质会转移到江河湖海中去，所以天然放射性核素在整个地球的⽔循环中⼴泛存在。
温泉：在某些特殊地质结构的地区，温泉⽔中矿物质和天然放射性核素的浓度较⾼，主要是含有放射性核素镭温泉：在某些特殊地质结构的地区，温泉⽔中矿物质和天然放射性核素的浓度较⾼，主要是含有放射性核素镭-226和氡-222，它们衰变时释放出电离能⼒较⼤的α粒⼦。
精品课程《岩石力学》PPT课件
岩石力学
二、岩石力学学科的形成及定义
1951年，J. Stini 和 L. Müller等在 Salzburg发起和举行了以岩体力 学为主题的第一次国际岩石力学讨论会，为把工程地质与力 学相结合、为建立岩石力学这门边缘学科跨出了重要的一步， 并创办了《Geologie und Bauwesen》，1962年改名为《Rock Mechanics & Rock Engineering》 1956年4月，在美国的科罗拉多矿业学院举行的一次专业会议上， 开始使用“岩石力学”这一名词，并由该学院汇编了“岩石 力学论文集”。在论文集的序言中说：“它是与过去作为一 门学科而发展起来的土力学，有着相似的概念的一门学科， 对这种有关岩石的力学方面的学科，现取名为岩石力学”。 1957年在巴黎出版的塔洛布尔（J. Talobre）的专著“岩石力学”是 这方面较早的一本较系统的著作。其后，开始形成了不同的 岩石力学学派（如法国学派，偏重于从弹塑性理论方面来研 究；奥地利学派，偏重于地质构造方面来研究）。
断层 （Fault）
褶皱 (Drape)
层理 (Lamina)
岩石和岩体的重要区别就是岩体包含若干不连续面。由 于不连续面的存在，岩体的强度远低于岩石的强度。
4. 岩体结构
岩体结构：包括结构面和结构体两个基本要素。
结构面：岩体内具有一定方向、延展较大、厚度较小的面状
地质界面，包括物质的分界面和不连续面。
（3）数学力学分析方法
力学模型：刚体、弹性、塑性、流变、细观、损伤、 断裂、块体力学 数值分析：有限差分法、有限元法、边界元法、离 散元法、无单元法、流形元法、不连续变形分析、 和反演分析法等 模糊聚类和概率分析：随机分析、可靠度分析、灵 敏度分析、趋势分析、时间序列分析和灰色系统分 析等 模拟分析：光弹应力分析、相似材料模型试验、离 心模型试验
加载砂岩破坏能量和红外前兆特征试验研究
加载砂岩破坏能量和红外前兆特征试验研究
蒋睿智;付煜;法艳鹏;韩宜成;赵露雨;孙海
【期刊名称】《辽宁石油化工大学学报》
【年(卷),期】2024(44)3
【摘要】红外热成像技术广泛应用于岩石破坏的前兆特征及预警方法研究。
然而,红外辐射前兆特征具有多种形式,因此对岩石失稳的准确预警有一定的影响。
岩石破坏失稳与应变能的演化存在密切联系,而岩石的红外辐射信息与应变能的耗散、释放有关。
若将应变能与红外辐射信息相结合,则可准确地对岩石破坏失稳进行监测预警。
以能量演化特征为切入点,采用尖点突变理论确定弹性应变能的释放时间,并将其与红外辐射异常信息相结合,确定了岩石破坏失稳的前兆。
结果表明,当弹性应变能骤降时,红外辐射信息也发生突变;通过构建尖点突变模型预测的砂岩弹性应变能释放时间,超前或滞后于红外辐射首次突变时间;可将弹性应变能释放时间附近发生的红外辐射突变作为砂岩的破坏前兆。
研究结果可为矿山灾害监测及预警提供一种新思路。
【总页数】7页(P54-60)
【作者】蒋睿智;付煜;法艳鹏;韩宜成;赵露雨;孙海
【作者单位】辽宁石油化工大学土木工程学院;辽宁省石油化工特种建筑材料重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TE21
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第23卷第5期岩石力学与工程学报23(5)：730～735 2004年3月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering March，2004遥感-岩石力学(Ⅴ)——岩石粘滑过程中红外辐射的影响因素分析刘善军1，2吴立新1吴育华1李永强1(1中国矿业大学(北京校区)3S与沉陷工程研究所北京 100083) (2河北理工学院资源系唐山 063009)摘要利用双轴加载实验装置和热红外成像仪器对岩石剪切滑移过程中的红外辐射进行了成像实验。
研究表明，摩擦速率、正应力、摩擦面粗糙度、岩石强度与矿物颗粒硬度是影响岩石粘滑过程红外辐射的重要因素：(1) 摩擦以等速率进行时，岩石摩擦裂隙表面平均红外辐射温度的时间曲线为直线型，局部最高温度的时间曲线为3次曲线型，而岩石表面平均红外辐射温度与所受机械功线性相关。
当所受机械功相等时，摩擦速率越高，温升幅度越小；(2) 红外辐射强度与正应力线性相关；(3) 摩擦面粗糙度对平均红外辐射温度影响不大，但对局部最高辐射温度影响较大；(4) 岩石强度或其矿物颗粒硬度越高，红外辐射温度就越高。
关键词遥感-岩石力学，构造地震，地震遥感，红外辐射，岩石粘滑，地震前兆分类号TP 79，TU 452 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2004)05-0730-06REMOTE SENSING-ROCK MECHANICS (Ⅴ)———ANALYSIS ON THE FACTORS AFFECTING THERMAL INFRARED RADIATION IN PROCESS OF ROCK VISCOSITY SLIDINGLiu Shanjun1，2，Wu Lixin1，Wu Yuhua1，Li Yongqiang1(1Institute of RS/GPS/GIS and Subsidence Engineering，China University of Mining and Technology，Beijing 100083 China) (2Resource Department，Hebei University of Technology，Tangshan 063009 China)Abstract The infrared radiation of rock in the process of shearing viscosity sliding is experimentally studied by the use of bi-axial loader and thermal infrared (TIR) imager system. It is revealed that the loading rate，normal stress，roughness of friction surface，rock strength and the hardness of mineral grain are important factors that affect the TIR radiation of rock sliding. (1) In condition of constant loading rate，the curve between the average TIR radiation temperature of rock surface and the loading time is linear，while the curve between the local highest TIR radiation temperature and the loading time is cubic. The average TIR radiation temperature of rock surface is linearly related to the mechanical power suffered. If the mechanical power suffered is the same，the higher the loading rate is，the less the rise of TIR radiation temperature is. (2) The TIR radiation temperature is linearly related to the normal stress. (3) The roughness of friction surface has a small influence on the average TIR radiation temperature，but has a much higher influence on the local highest TIR radiation temperature. (4) The higher the rock strength or the higher the hardness of the mineral grains is，the higher the TIR radiation temperature is.Key words remote sensing-rock mechanics，tectonic earthquake，earthquake remote sense，infrared radiation，rock viscosity sliding，earthquake omens2003年6月2日收到初稿，2003年7月25日收到修改稿。
* 全国优秀博士学位论文专项基金(200046)和北京市自然科学基金重点项目(8001003)联合资助课题。
作者刘善军简介：男，1966年生，1988年毕业于河北理工学院采矿系，现为中国矿业大学(北京校区)博士生、副教授，师从吴立新教授，从事遥感-岩石力学与地震遥感基础实验研究工作。
E-mail：liusjdr@。
第23卷 第5期 刘善军等. 遥感-岩石力学(V)——岩石粘滑过程中红外辐射的影响因素分析 • 731· 1 引 言针对构造地震前卫星热红外遥感异常的现象，国内学者进行了大量的实验模拟研究[1～12]，主要包括完整岩石破裂模拟[1～8]和断层破裂[9]、粘滑[10，11]及挤压模拟[12]2大类。
文[10]对断层粘滑发震进行了双剪摩擦滑移的热红外辐射研究，指出断层粘滑失稳前在应力闭锁区存在升温异常现象。
文[11]对双剪摩擦滑移条件下断层粘滑过程的热红外成像规律进行了实验研究，揭示断层表面温度场的时空演变不仅与应力水平有关，还与组成摩擦面的两侧岩性及其粗糙度有关。
本文在文[11]的基础上，重点对岩石粘滑的条件对热红外辐射的影响进行实验与分析研究，试图揭示一些更深层的规律。
实验设备、实验方法及加载模型同文[11]。
2 实验数据处理图1所示为实验获得的一张红外热像。
为减少背景辐射影响并重点分析2个摩擦裂隙表面的温度变化趋势，沿摩擦面两侧岩块厚度之半圈定左右2个区域，对这2个区域内的辐射温度数据进行重采样。
记每帧热像左右2个区域的最小辐射温度、平均辐射温度和最高辐射温度分别为L-IR T min ，L-IR T ave ，L-IR T max 和R-IR T min ，R-IR T ave ，R-IR T max ，并记这2个区域的平均辐射温度和平均最高辐射温度为IR T ave 和IR T max ：IR T ave = (L-IR T ave +R-IR T ave )/2IR T max = (L-IR T max + R-IR T max )/2图1 红外热像重采样区域定义Fig.1 Definition of re-sampling regions of TIR image 热像数据重采样和时间序列分析表明，所有组合试块摩擦滑移过程中岩石表面3种辐射温度变化趋势均具有图2所示的共同规律，即区域中最高辐射温度变化幅度最大，最小辐射温度变化幅度最小，而平均辐射温度变化幅度居中。
表明区域中局部的高温上升较快，而整个区域的平均温度上升平缓。
图2 2T4辉长岩试件组合左区辐射温度-时间曲线 Fig.2 TIR temperature-time curves of gabbro group 2T4 若将图2与其所对应的剪应力-时间曲线图(图3)进行对比，可以发现，(1) 加载初始阶段，最高温度上升较慢，而平均温度和最小温度几乎不变。
这是由于这个阶段是试块空隙压实及应变阶段，试块间还未进行充分摩擦，因而，温度不易升高。
(2) 当岩石产生滑移后，温度上升明显加快。
(3) 平均红外辐射温度和最小红外辐射温度的变化类型为直线型(相关系数皆大于0.98)，而最高红外辐射温度的变化类型近似为3次曲线型(相关系数大于0.9)。
图3 2T4辉长岩试件组合剪应力随时间变化曲线 Fig.3 Shear stress-time curve of gabrro group 2T4 3 正应力对辐射温度的影响 实验中发现，摩擦面的红外辐射温度与正应力0100200 300 400 500283032343638404244t / s L-IR T min L-IR T ave L-IR T ma T I R T /℃ 0100200 300 400 500051015202530t / s τ / M P a• 732 • 岩石力学与工程学报 2004年 有密切关系。
正应力越大，摩擦面的红外辐射温度就越高。
为研究正应力对红外辐射的影响，以组合试件中的辉长岩和花岗闪长岩为例，对比了相同加载速率、相同加载时间(因而位移相等)条件下，不同正应力作用时岩石表面的红外辐射温度增幅。
图4(a)是加载速率为 5 mm/min 时，加载至241 s(因辉长岩组合试件只加载到241 s ，故统一以此为最后时间参照)时的表面最高辐射温度增幅随正应力的变化关系图。
图4(b)为此刻平均辐射温度增幅随正应力的变化关系图。
由图4可见，2种岩石的平均辐射温度和最高辐射温度增幅与正应力间皆近似呈线性关系。
即正应力增高，岩石的平均红外辐射温度和最高红外辐射温度增幅呈线性增加，拟合参数如表1所示。
由表1可见，拟合直线的相关系数都在0.9以上，且辉长岩随正应力的增温速度要比花岗闪长岩高。
(a) 最高辐射温度增幅与正应力的关系(b) 平均辐射温度增幅与正应力的关系图4 加载至241 s 时辐射温度增幅与正应力的关系Fig.4 Relationship between the increment of surface TIRtemperature and suffered normal stress with loadingtime of 241 s不同正应力下为了与天然地震进行对比，进一步统计2类岩石在不同正应力下发生第1次粘滑时的红外辐射温度增幅，如图5所示。